DE10033291A1

DE10033291A1 - Camshaft for actuating valves of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE10033291A1
Application number: DE10033291A
Authority: DE
Inventors: Gerold Sluka; Edwin Palesch; Wolfgang Stephan; Axel Willi Jochim; Andreas Knecht
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Hydraulik Ring GmbH
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Hilite Germany GmbH
Priority date: 2000-07-07
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2002-01-17
Also published as: EP1170465A2; US6666179B2; US20020029754A1; DE50108364D1; JP2002047905A; EP1170465A3; EP1170465B1

Abstract

Diese Nockenwelle umfasst eine Einrichtung zum hydraulischen Verstellen der relativen Drehlage der Nockenwelle zwecks Beeinflussung der Steuerzeiten der Ventile, welche Einrichtung ein Antriebsrad, ein Zellenrad und ein Flügelrad aufweist. Das Flügelrad ist mit Flügeln innerhalb von Zellen des Zellenrads relativbeweglich gelagert. Zwischen Zellenrad und Flügelrad ist eine in der Startphase der Brennkraftmachine wirksame Verriegelungseinrichtung vorgesehen. Die Verriegelungseinrichtung wird durch einen axial federbelasteten, hydraulisch betätigten sowie in einer der Flügel des Flügels untergebrachten Kolben und eine korrespondierende in einer zu einer aus Antriebsrad und Zellenrad bestehenden Baueinheit vorgesehenen Aufnahme für den Kolben gebildet. DOLLAR A Zur Optimierung der Verriegelungseinrichtung arbeitet der mit einem Sperrabschnitt in die Aufnahme hineinragende und im Flügel geführte Kolben mit einem Betätigungselement zusammen, wobei der Kolben von einem ersten Druckraum und das Betätigungselement von einem zweiten Druckraum aus beaufschlagt wird.This camshaft comprises a device for hydraulically adjusting the relative rotational position of the camshaft in order to influence the valve timing, which device has a drive wheel, a cellular wheel and an impeller. The impeller is relatively movable with vanes within cells of the cellular wheel. A locking device which is effective in the starting phase of the internal combustion engine is provided between the cellular wheel and the impeller. The locking device is formed by an axially spring-loaded, hydraulically actuated piston which is accommodated in one of the wings of the wing and a corresponding one in a receptacle for the piston which is provided for an assembly consisting of drive wheel and cellular wheel. DOLLAR A To optimize the locking device, the piston, which projects into the receptacle with a locking section and is guided in the wing, works together with an actuating element, the piston being acted upon from a first pressure chamber and the actuating element from a second pressure chamber.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nockenwelle zur Betätigung von Ventilen einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a camshaft for actuating valves Internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.

Bei einer bekannten Nockenwelle, DE 39 37 644 A1, der eingangs beschriebenen Gattung ist eine Verriegelungsvorrichtung vorgesehen, die in der Startphase der Brennkraftmaschine das Flügelrad relativ zum Zellenrad festsetzt, damit unkontrollierte u. a. störende Geräusche verursachende Bewegungen der beiden Räder zueinander vermieden werden. Die Verriegelungseinrichtung umfasst eine zwischen Zellenrad und Flügelrad koaxial angeordnete verschiebebewegliche Sperrhülse, die in einer ersten Stellung die besagten Räder drehfest miteinander verbindet, und sie in einer zweiten Stellung voneinander trennt.In a known camshaft, DE 39 37 644 A1, the one described above A locking device is provided in the genus Internal combustion engine fixes the impeller relative to the cellular wheel, thus uncontrolled u. a. movements of the two wheels relative to one another which cause disturbing noises be avoided. The locking device comprises a between the cell wheel and Impeller coaxially arranged movable locking sleeve, which in a first Position the said wheels rotatably connected, and them in a second Position separates from each other.

In der DE 196 23 818 A1 ist zwischen einer flügelartigen Verlängerung des Flügelrads und einem Deckel des Zellenrads eine entsprechende Verriegelungsvorrichtung vorgesehen. Die Verriegelungsvorrichtung ist mit einem federbelasteten axialbeweglichen Kolben ausgestattet, der - nur - in der Startphase der Brennkraftmaschine in eine Aufnahme des Deckels eingreift.DE 196 23 818 A1 is between a wing-like extension of the impeller and a cover of the cellular wheel a corresponding locking device intended. The locking device is axially movable with a spring-loaded Piston equipped, which - only - in the starting phase of the internal combustion engine in one The cover engages.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verriegelungsvorrichtung einer Einrichtung zum Verstellen der relativen Drehlage einer Nockenwelle so zu verbessern, dass sie zum einen sich leicht in die Einrichtung integrieren lässt und zum anderen sich durch gute Funktion auszeichnet.The object of the invention is to provide a locking device for a device Adjust the relative rotational position of a camshaft so that it improves the one hand can be easily integrated into the interior and secondly, it functions well distinguished.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten. According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1 solved. Further features embodying the invention are in the subclaims contain.

Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass der Kolben und das mit ihm zusammenarbeitende Betätigungselement, die von getrennten Druckräumen aus beaufschlagbar sind, eine sichere und unmittelbare Wirkung der Verriegelungsvorrichtung der Einrichtung zum Verstellen der relativen Drehlage der Nockenwelle sicherstellen. Das als Bolzen ausgebildete Betätigungselement und der Kolben lassen sich auf einfache und räumlich günstige Weise in den Flügel des Flügelrads der Einrichtung integrieren. Außerdem sind der Kalben und der Bolzen Bauteile, die mit vertretbarem Aufwand herstellbar und auch leicht montierbar sind.The main advantages achieved with the invention are the fact that the Piston and the actuator cooperating with it, which by separate Pressure rooms can be acted upon, a safe and immediate effect of the Locking device of the device for adjusting the relative rotational position of the Ensure camshaft. The actuator designed as a bolt and the Pistons can be placed in the wing of the impeller in a simple and space-saving manner integrate the facility. In addition, the calves and the bolts are components that come with reasonable effort to produce and are also easy to assemble.

In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das nachstehend näher beschrieben ist.In the drawing, an embodiment of the invention is shown, the following is described in more detail.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine Ansicht von oben auf eine schematisch dargestellte Brennkraftmaschine mit Nockenwellen zur Betätigung von Ventilen; Figure 1 is a top view of a schematically illustrated internal combustion engine with camshafts for actuating valves.

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 in größerem Maßstab; Fig. 2 is a section along the line II-II of Figure 1 on a larger scale.

Fig. 3 eine Einzelheit X der Fig. 2 in größerem Maßstab; Fig. 3 shows a detail X of Figure 2 on a larger scale.

Fig. 4, einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3. Fig. 4, a section along the line IV-IV of FIG. 3.

Eine lediglich prinzipiell dargestellte Brennkraftmaschine 1 der Otto-Gattung umfasst mehrere Zylinder 2, 3 und 4 und zwei Nockenwellen 5, 6 sowie pro Zylinder z. B. zwei Einlassventile 7, 8 und zwei Auslassventile 9, 10 - Fig. 1 -. Die Einlassventile 7, 8 und die Auslassventile 9, 10 sind V-förmig in einem nicht gezeigten Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1 untergebracht. Beide Nockenwellen 5, 6 sind über einen entsprechende Antriebsräder umschlingenden Endlostrieb 11 - Riemen, Kette oder dgl. - miteinander verbunden, der benachbart von Stirnseiten 12, 13 der besagten Nockenwellen wirksam ist. An die Stirnseiten 12, 13 der Nockenwellen 5, 6 koaxial angeschlossen sind Einrichtungen 14, 15 zum hydraulischen Verstellen der relativen Drehlage dieser Nockenwellen. Mit jeder Einrichtung bspw. 14, die nach Art einer Flügelzellenpumpe aufgebaut ist, werden die Steuerzeiten der Ventile 7, 8 beeinflusst, und zwar um den Betrieb der Brennkraftmaschine u. a. bezüglich Abgasemission zu optimieren.An internal combustion engine 1 of the Otto type shown only in principle comprises a plurality of cylinders 2 , 3 and 4 and two camshafts 5 , 6 and, for each cylinder, z. B. two inlet valves 7 , 8 and two outlet valves 9 , 10 - Fig. 1 -. The intake valves 7 , 8 and the exhaust valves 9 , 10 are V-shaped in a cylinder head, not shown, of the internal combustion engine 1 . Both camshafts 5 , 6 are connected to one another by means of a corresponding endless drive endless belt 11 - belt, chain or the like. - Which is effective adjacent to end faces 12 , 13 of said camshafts. Devices 14 , 15 for hydraulically adjusting the relative rotational position of these camshafts are connected coaxially to the end faces 12 , 13 of the camshafts 5 , 6 . The control times of the valves 7 , 8 are influenced with each device, for example 14 , which is constructed in the manner of a vane pump, namely in order to optimize the operation of the internal combustion engine, inter alia, with regard to exhaust gas emission.

Die eine kreiszylindrische Konfiguration aufweisende Einrichtung 14 - sie entspricht baulich der Einrichtung 15 - umfasst ein als Kettenrad ausgebildetes Antriebsrad 16 für die Nockenwelle 5, ein Zellenrad 17 und ein mit radialen Flügeln 18 versehenes Flügelrad 19. Das Antriebsrad 16, das Zellenrad 17 und das Flügelrad 19 sind koaxial zur Nockenwelle 5 angeordnet, wobei das Antriebsrad 16 und das Zellenrad eine fest miteinander verbundene Baueinheit 20 - Fig. 4 - bilden. Dagegen ist das um eine Drehachse 21 verschwenkbare Flügelrad 19 unter Zwischenschaltung der Flügel 18 in kammerartigen Zellen 22 des Zellenrads 17 untergebracht. Jede Zelle 22 - es sind insgesamt fünf Zellen vorgesehen - ist mit einer ersten Anschlagfläche 23 und einer zweiten Anschlagfläche 24 für korrespondierende erste und zweite Anschlagflächen 25, 26 des Flügels 18 ausgestattet. Sämtliche Anschlagflächen 23, 24 und 25, 26 verlaufen radial zur Drehachse 21, jedoch ist der Winkel α, den die Anschlagflächen 23, 24 einschließen, größer als der entsprechende Winkel β der Anschlagflächen 25, 26 des Flügels 18.The device 14 having a circular cylindrical configuration - it corresponds structurally to the device 15 - comprises a drive wheel 16 designed as a chain wheel for the camshaft 5 , a cellular wheel 17 and an impeller 19 provided with radial vanes 18 . The drive wheel 16 , the cellular wheel 17 and the impeller 19 are arranged coaxially to the camshaft 5 , the drive wheel 16 and the cellular wheel forming a firmly connected structural unit 20 - FIG. 4. In contrast, the impeller 19 , which can be pivoted about an axis of rotation 21 , is accommodated in chamber-like cells 22 of the cellular wheel 17 with the interposition of the vanes 18 . Each cell 22 - a total of five cells are provided - is equipped with a first stop surface 23 and a second stop surface 24 for corresponding first and second stop surfaces 25 , 26 of the wing 18 . All of the stop surfaces 23 , 24 and 25 , 26 run radially to the axis of rotation 21 , but the angle α, which the stop surfaces 23 , 24 enclose, is greater than the corresponding angle β of the stop surfaces 25 , 26 of the wing 18 .

Darüber hinaus wird die Zelle 22 noch von einer Kreisfläche 27 begrenzt, an die eine Kreisfläche 28 des Flügels 18 herangeführt ist. Beide Kreisflächen 27 und 28 sind als Dichtflächen wirksam; bei 29 sind zwischen Flügelrad und Zellenrad 17 vergleichbare Dichtflächen bildende Kreisflächen 30,31 vorgesehen. Die Anschlagflächen 23, 24 sind benachbart den Kreisflächen 27 und 30 mit kammerförmigen Ausnehmungen 32, 33 und 34, 35 versehen, über die zur Beaufschlagung der Anschlagflächen 25, 26 des Flügels 18 des Flügelrads 18 Hydraulikmedium eingebracht wird.In addition, the cell 22 is still delimited by a circular area 27 to which a circular area 28 of the wing 18 is guided. Both circular surfaces 27 and 28 act as sealing surfaces; at 29 , circular surfaces 30 , 31 forming comparable sealing surfaces are provided between the impeller and cellular wheel 17 . The stop surfaces 23 , 24 are provided adjacent to the circular surfaces 27 and 30 with chamber-shaped recesses 32 , 33 and 34 , 35 , via which hydraulic medium is introduced to act on the stop surfaces 25 , 26 of the vane 18 of the impeller 18 .

In der Startphase der Brennkraftmaschine 1 ist das Flügelrad 19 an der durch das Antriebsrad 16 und das Zellenrad 17 gebildeten Baueinheit 20 festgesetzt, wofür eine Verriegelungseinrichtung 36 vorgesehen ist. Die Verriegelungseinrichtung 36 umfasst einen Kolben 37, der in einer Führungsbohrung 38 des Flügels 18 des Flügelrads 19 in axialer Richtung der Drehachse 21 verschiebbar und über einen Sperrabschnitt 39 mit einer korrespondierenden Aufnahme 40 in einem Nabenkörper 41 der Baueinheit 20 zusammenarbeitet. Der Kolben 37, der aus einem Stück mit dem Sperrabschnitt 39 hergestellt ist, wird von einem ersten Druckkanal 42 aus beaufschlagt, der an einen ersten Druckraum 43 angeschlossen ist. Mit dem Kolben 37 in Wirkverbindung steht ein Betätigungselement 44, das über einen zweiten Druckkanal 45 betätigt wird; der zweite Druckkanal 45 ist mit einem zweiten Druckraum 46 verbunden. Beide Druckräume 43 und 46, die voneinander getrennt sind, sind an das Hydrauliksystem der Einrichtung 14 angeschlossen.In the starting phase of the internal combustion engine 1 , the impeller 19 is fixed to the structural unit 20 formed by the drive wheel 16 and the cellular wheel 17 , for which purpose a locking device 36 is provided. The locking device 36 comprises a piston 37 , which is displaceable in a guide bore 38 of the wing 18 of the impeller 19 in the axial direction of the axis of rotation 21 and cooperates with a corresponding receptacle 40 in a hub body 41 of the structural unit 20 via a locking section 39 . The piston 37 , which is made in one piece with the blocking section 39 , is acted upon by a first pressure channel 42 , which is connected to a first pressure chamber 43 . With the piston 37 is operatively connected an actuator 44 which is actuated through a second pressure duct 45; the second pressure channel 45 is connected to a second pressure chamber 46 . Both pressure chambers 43 and 46 , which are separated from one another, are connected to the hydraulic system of the device 14 .

Das Betätigungselement 44 wird durch einen Bolzen 47 - Fig. 4 - gebildet, der an einen Anschlag 48 des Kolbens 37 herangeführt ist. Der in einer Führungsbohrung 49 angeordnete Bolzen 47 verläuft parallel zum Kolben 37 und stützt sich an einer den Anschlag 48 darstellenden Ringfläche 50 ab, die auf einer dem Sperrabschnitt 39 abgekehrten Seite 51 an einem Kolbenkopf 52 vorgesehen ist. Der in der Führungsbohrung 38 geführte Sperrabschnitt 39 ist mit einem Durchmesser versehen, der kleiner ist als der Durchmesser des Kolbenkopfs 52. Die Führungsbohrungen 38 und 49 des Kolbens 37 bzw. des Bolzens 47 verlaufen mit möglichst geringem Abstand zueinander, und sie liegen auf einer gemeinsamen radialen Ebene A-A - Fig. 3 -.The actuating element 44 is formed by a bolt 47 - FIG. 4 - which is brought up to a stop 48 of the piston 37 . The pin 47 arranged in a guide bore 49 runs parallel to the piston 37 and is supported on an annular surface 50 which represents the stop 48 and which is provided on a piston head 52 on a side 51 facing away from the blocking section 39 . The locking section 39 guided in the guide bore 38 is provided with a diameter that is smaller than the diameter of the piston head 52 . The guide bores 38 and 49 of the piston 37 or of the bolt 47 run at the smallest possible distance from one another, and they lie on a common radial plane AA - FIGS. 3 -.

Der Kolben 37 und der Bolzen 47 sind mit Stirnflächen 53 und 54 an Druckkammern 55 und 56 angeschlossen, die entfernt von der Ringfläche 50 liegen. Die Druckkammer 55 steht mit dem ersten Druckkanal 42 in Verbindung; die Druckkammer 56 mit dem zweiten Druckkanal 45. Darüber hinaus ist zwischen einer freien Seite 57 des Kolbenkopfs 52 und einem Stützteil 58 des Flügels 18 eine Druckfeder 59 wirksam. Die Druckfeder 59 ruht einerseits abschnittsweise in einer Ausnehmung 60 des Kolbenkopfs 52, und anderseits umgibt sie einen Zapfen 61 des als Federteller ausgebildeten Stützteils 58. The piston 37 and the bolt 47 are connected with end faces 53 and 54 to pressure chambers 55 and 56 , which are remote from the annular surface 50 . The pressure chamber 55 is connected to the first pressure channel 42 ; the pressure chamber 56 with the second pressure channel 45 . In addition, a compression spring 59 is effective between a free side 57 of the piston head 52 and a support part 58 of the wing 18 . The compression spring 59 rests on the one hand in sections in a recess 60 of the piston head 52 , and on the other hand it surrounds a pin 61 of the support part 58 designed as a spring plate.

Ist die Brennkraftmaschine 1 außer Betrieb, so ist ihr Hydrauliksystem einschließlich der Einrichtung 14 drucklos, wodurch die Druckfeder 59 den Sperrabschnitt 39 des Kolbens 37 in der Aufnahme 40 in Lage hält und eine Relativbewegung des Flügelrads 19 im Zellenrad zur Verstellung der Nockenwelle 5 ausgeschlossen ist. Dieser Zustand wird in der Startphase der Brennkraftmaschine 1 mit definiertem Druckniveau im Hydrauliksystem zunächst beibehalten. Nach Überschreiten des besagten Druckniveaus werden der Kolben 37 und der Bolzen 47 über die Stirnflächen 53 bzw. 54 mit Hydraulikmedium beaufschlagt und der Sperrabschnitt 39 entgegen der Wirkung der Druckfeder 59 aus der Aufnahme 40 herausgeführt. Das Flügelrad bzw. die Nockenwelle 5 kann jetzt in Abhängigkeit von Parametern (Drehzahl, Last) der Brennkraftmaschine verstellt werden.If the internal combustion engine 1 is out of operation, its hydraulic system including the device 14 is depressurized, as a result of which the compression spring 59 holds the locking section 39 of the piston 37 in position in the receptacle 40 and prevents a relative movement of the impeller 19 in the cellular wheel for adjusting the camshaft 5 . This state is initially maintained in the starting phase of internal combustion engine 1 with a defined pressure level in the hydraulic system. After said pressure level has been exceeded, the piston 37 and the bolt 47 are acted upon by hydraulic surfaces via the end faces 53 and 54 and the blocking section 39 is guided out of the receptacle 40 against the action of the compression spring 59 . The impeller or the camshaft 5 can now be adjusted depending on parameters (speed, load) of the internal combustion engine.

Claims

1. camshaft for actuating valves of an internal combustion engine, comprising a device for hydraulically adjusting the relative rotational position of the camshaft in order to influence the valve timing, which device has a drive wheel for the camshaft, a cellular wheel and an impeller which has radial vanes within cells of the cellular wheel is mounted so as to be relatively movable, and a locking device which is effective in the starting phase of the internal combustion engine is provided between the cellular wheel and the impeller, which is actuated by an axially spring-loaded, hydraulically actuated piston which is accommodated in one of the vanes of the impeller and a corresponding one in a unit consisting of drive wheel and cellular wheel The receptacle provided for the piston is formed, characterized in that the piston ( 37 ) which projects into the receptacle ( 40 ) with a blocking section ( 39 ) and is guided in the wing ( 18 ) of the device ( 14 ) has a Actuating element ( 44 ) cooperates, the piston ( 37 ) being acted upon from a first pressure chamber ( 43 ) and the actuating element ( 44 ) from a second pressure chamber ( 46 ).

2. Camshaft according to claim 1, characterized in that the actuating element ( 44 ) is formed by a bolt ( 47 ) which is brought up to a stop ( 48 ) of the piston ( 37 ).

3. Camshaft according to claim 2, characterized in that the bolt ( 47 ) runs parallel to the piston ( 37 ), and the stop ( 48 ) of the piston ( 37 ) is an annular surface ( 50 ) which on one of the locking section ( 39 ) opposite side ( 51 ) is formed by a piston head ( 52 ).

4. Camshaft according to claims 1 and 3, characterized in that the piston ( 37 ) and the bolt ( 47 ) are arranged in guide bores ( 38 , 49 ) of the wing ( 18 ), which on a common radial plane (AA) Device ( 14 ) lie.

5. Camshaft according to claims 1 and 3, characterized in that the piston ( 37 ) and the bolt ( 47 ) with end faces ( 53 , 54 ) are connected to pressure chambers ( 55 , 56 ), both of which are remote from the annular surface ( 50 ) lie.

6. Camshaft according to one or more of the preceding claims, characterized in that a compression spring ( 59 ) is effective between a free side ( 57 ) of the piston head ( 52 ) and a support part ( 58 ) of the wing ( 18 ).

7. Camshaft according to claim 5, characterized in that the compression spring ( 59 ) in sections surrounds on the one hand in a recess ( 60 ) of the piston head ( 52 ) and on the other hand a pin ( 61 ) of the support part ( 5 8 ) designed as a spring plate.